通过不懈的研发和改进,松下近日宣布其实现了晶体硅型太阳能电池单元转换效率的世界最高值——25.6%,该数值由日本产业技术综合研究所测量。此前的最高值为1999年3月澳大利亚新南威尔士大学(University of New South Wales,UNSW)创下的25.0%,已经保持了15年之久。
与之相比,虽然我国是晶体硅太阳能光伏产品的重要生产基地,但多年来一直面临着太阳能转换效率较低的现实状况。松下此时宣布打破晶体硅太阳能电池单元转换效率世界纪录的消息,在电车汇看来,一方面是要在日本企业全线面临窘境的背景下,依托手中王牌技术,不断巩固松下集团的业界地位;另一方面,继18650三元电池与特斯拉达成战略合作协议后,松下将很有可能将手中与特斯拉相关技术进行产业化,以寻求从产品到技术,再到集团品牌的影响力提升。
早在2007年,松下即开始着手关注新能源汽车及相关领域。在实现全面并购三洋锂电池业务板块的第一阶段战略后,松下已基本实现了电动汽车全产业链的产品线布局。时至今日,由松下生产的车载/非车载充电机等,正是标配日产Leaf及众多电动车型的良品。
熟悉光伏领域的人可知,UNSW的纪录是面积仅为4cm2的小型单元实现的,而松下是在143.7cm2这一实用尺寸的单元上实现的,这一点与UNSW明显不同。面积超过100cm2的晶体硅型太阳能电池单元的转换效率方面,此前的最高值是松下2013年2月发布的24.7%,单元面积为101.8cm2。
松下此次为了提高转换效率,决定大幅更改传统的电池单元结构。该公司此前一直沿用从三洋电机时代继承而来的单元结构,即在硅晶圆的受光面和背面形成非晶硅层的“异质结”,在受光面和背面配置电极。
此次采用的是保留背面的异质结、去掉受光面电极的背接触结构。这种结构可以防止受光面的电极遮挡入射光线,因此能够增加电流量。短路电流密度提高到了41.8mA/cm2,松下2013年2月发布的单元的短路电流密度则为39.5mA/cm2。
另一方面,也许是去掉了受光面非晶硅层的缘故,或者是因为更改了单元厚度,使会受到载流子复合损耗影响的开路电压由0.75V降低到了0.74V,填充因子也从0.832降至0.827。
采用背接触结构有得有失
采用背接触结构后,虽然电池单元的转换效率提高,但也付出了相应的代价,那就是失去了受光面与背面的结构对称性。
松下以前的电池单元的受光面和背面的结构是对称的,因此具有减薄单元厚度时翘曲现象较少的优点。该公司利用这一优点,在厚度仅为100μm左右的薄型单元上取得了不少研究成果。如果能够减小单元的厚度,就能降低材料费。
而背接触结构中,由于受光面与背面的结构不同,因此通常都不利于单元的薄型化。另外,此次实现25.6%转换效率的单元的厚度目前也没有公开。
日本的相关研究方面,夏普与松下一样,也正在大力开发异质结与背接触相融合的结构。其他国家方面,LG电子等企业曾在学会上发表过相关技术。
夏普与松下相反,将背接触构造应用于产品之后,便开始致力于将其与异质结相融合的开发,从而在研发水平上快速提高了转换效率。此次,在异质结研发与实用化方面处于领先地位的松下也开始向异质结与背接触的融合转舵,估计这会对今后的结晶硅型太阳能电池的研发趋势带来影响。
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